FR2633547A1 - Procede de microperforation de pellicules thermoplastiques par ultrasons - Google Patents

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Jean-Pierre De Leiris
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Rhone Poulenc Films SA
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Rhone Poulenc Films SA
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Abstract

Procédé de microperforation de pellicules thermoplastiques selon lequel, on met en contact ledit film avec des éléments de perforation et un outil animé de vibrations créées par un générateur d'ultrasons. Le procédé selon l'invention permet de modifier les propriétés de perméabilité aux gaz et à la vapeur d'eau des films thermoplastiques et de leurs complexes entre eux ou avec des matériaux non thermoplastiques.

Description

PROCEDE DE MICROPERFORATION
DE PELLICULES THERMOPLASTIOUES PAR ULTRA-SONS.
La présente invention concerne un procédé pour la réalisation de microperforations dans des pellicules thermoplastiques.
Les pellicules en ratières therioplastiques pourvues de microperforations, c'est-à-dire de trous de diamètre inférieur ou égal à 1 ni et de préférence à 0,5 ni, trouvent de nombreuses applications chaque fois qu'il y a lieu de favoriser des échanges gazeux plus ou rotins sélectifs entre des milieux entre lesquels ces pellicules constituent une séparation. Ainsi, les pellicules thermoplastiques sont tout particulièrement utilisées pour la fabrication d'emballages pour des produits de natures diverses ; dans de nombreux cas, ces emballages doivent assurer des échanges gazeux entre l'atmosphère de l'emballage et le milieu ambiant.Il en est tout particulièrenent ainsi des matériaux destinés à l'esballage de produits aliientaires qui donnent lieu à des échanges gazeux avec l'atmosphère ambiante tels que les fruits, les légumes et notamment, ceux soumis à la synthèse chlorophylienne (végétaux feuillus par exemple) ou le fromage; le pain fait également l'objet d'un emballage dans des matériaux de ce type par mesure d'hygiène et on doit assurer l'éliiination de la vapeur d'eau qu'il dégage pour lui éviter tout ramolissement. Les perméabilités intrinsèques aux gaz et à la vapeur d'eau des pellicules thermosplastiques ne sont pas toujours suffisantes pour assurer de tanière convenable les échanges gazeux nécessaires à la bonne conservation du produit emballé.Par ailleurs, il est fréquent d'associer plusieurs matériaux pelliculaires sous forte de complexes dans lesquels chaque constituant joue un rôle en fonction de ses propriétés propres. Ainsi, on peut associer des filas polyester tels que le polytéréphtalate d'éthylèneglycol à des films à propriété barrière tels que les films de polyéthylène, de polypropylène, d'alcool polyvinylique ou de polyfluorure de vinylidène, voire à des couches support en papier ou en carton. Dans tous les cas, il peut s'avérer nécessaire de modifier la peraéabilité intrinsèque du matériau pelliculaire ou d'un des constituants d'urt matériau complexe afin d'augmenter leur peraéabilité aux gaz et à la vapeur d'eau.C'est la raison pour laquelle il a été proposé de procéder à la microperforation des matériaux pelliculaires thermoplastiques.
On a proposé diverses techniques de réalisation de aicro-trous dans les pellicules thermoplastiques parai lesquelles on peut distinguer notamment des procédés mécaniques et des procédés thermiques.
Les procédés mécaniques réalisent la aicroperforation des pellicules au moyen d'aiguilles ou de poigons qui travaillent à l'enpo2te-pièce. Divers dispositifs permettant la mise en oeuvre de cette technique ont été proposés. Ainsi, dans le brevet français publié sous le nO 2 215 300, on a décrit un dispositif s'inspirant du principe de la machine à coudre et dans lequel une aiguille est animée d'un mouvement alternatif sous l'action d'un moteur et la pellicule à perforer est maintenue sur un support percé au moyen d'un pied de biche.
Ce dispositif est d'un intérêt limité en raison de sa faible productivité ; il implique la multiplication des têtes de perforation sur la largeur de la pellicule. Enfin, il ne permet pas de réaliser une microperforation de la totalité de la surface pelliculaire. Pour pallier à cet inconvénient, on a suggéré de faire défiler le fila entre un tambour tournant pourvu d'une pluralité d'organes de perforation répartis radialement et circulairement sur toute sa surface et un rouleau de contre-appui tournant en sens inverse et provoquant le poinçonnage de la pellicule (cf. brevets français publiés sous les nb 2.360.400 et 2.460.776).En dépit de l'avantage qu'il présente au plan de la productivité, ce dispositif souffre encore de divers inconvénients. En premier lieu, convie tous les système de perforation mécanique, il conduit å des trous qui présentent, sur la face opposée à celle de pénétration de l'organe de perforation, des bords irréguliers où le matériau thermoplastique déchiré fait saillie qt confère une rugosité indésirée à cette face. Par ailleurs, il est d'un eaploi difficile lorsqu'il s'agit de ménager dans la surface de la pellicule des zones exemptes de perforations ; il y a lieu alors de prévoir des dispositifs compliqués permettant de rendre inactifs les moyens de perforation. Enfin, il est difficile avec les dispositifs mécaniques de ce type de régler le diamètre des perforations.
Afin de résoudre le problème posé par le refoulement de la pellicule déchirée sur le bord des nicroperforations réalisées mécaniquement, on a proposé de procéder à une perforation thermique par fusion du matériau thermoplastique. Ainsi, dans le brevet français publié sous le nO 2.378.623, on a proposé de mettre en contact des moyens de perforation chauffés (par exemple, au moyen d'une rampe infra-rouge) répartis sur un tambour tournant, avec la pellicule glissant en continu contre la paroi d'un berceau entourant partiellement le tambour et pourvu de rainures permettant le passage des moyens de perforation (par exemple des goujons). Un tel dispositif se révèle compliqué et mal adapté à un réglage souple de la dimension des perforations et de leur répartition sur la surface de la pellicule.Dans les brevets français publiés sous les nO 2.244.611 et 2.413.961 les moyens de perforations sont constitués par des sources de rayons infra-rouges quasi-ponctuelles réparties notamment sur un tambour tournant. Dans un tel dispositif, les perforations sont réalisées par la fusion de la matière thermoplastique sous l'action de la chaleur émise par les sources de rayons infra-rouges. Ces dernières sont constituées par des boucles de métal conducteur du courant électrique disposées dans une pluralité de logements répartis dans une surface isolante. Ce type d'appareillage est extrêmement complexe au regard de la réalisation et manque de souplesse à l'emploi : il est difficile de régler la dimension des perforations et leur répartition à la surface de la pellicule.
En définitive, les procédés et dispositifs de l'art antérieur sont compliqués, difficiles à mettre en oeuvre et ne permettent pas de régler à volonté la dimension des perforations et leur répartition à la surface de la pellicule de façon simple. Ils ne permettent pas non plus de réaliser la aicroperforation sélective d'une des couches extérieures d'un matériau pelliculaire complexe comportant deux ou plus de deux couches. La présente invention se propose précisément de résoudre les divers problèmes posés par les procédés et dispositifs antérieurs.
Plus preciséent :
- un premier objectif de la présente invention réside dans la mise au point d'un procédé simple de microperforation de pellicules thermoplastiques ;
- un autre objectif de la présente invention vise la mise au point d'un procédé permettant de modifier à volonté la dimension des perforations
- un autre objectif de la présente invention vise à la mise au point d'un procédé permettant de faire varier a souhait la répartition des perforations à la surface de la pellicule thermoplastique.
- un autre objectif de la présente invention concerne la aise au point d'un procédé et d'un dispositif permettant la perforation sélective d'au-moins une des couches extérieures d'un matériau pelliculaire complexe.
D'autres avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre.
Plus spécifiquement, la présente invention a pour objet un procédé de kicloperforation de pellicules therroplastiques selon lequel on soumet lesdites pellicules portées au voisinage de leur point de fusion à l'action perforante d'un outil portant une pluralité de pointes, caractérisé en ce que lesdites pellicules sont pincées entre deux organes dont l'un est en vibration ultrasonique, l'un de ces organes portant une pluralité de pointes perforantes.
Par la suite et pour des raisons de commodité, l'organe non vibrant sera désigné par le terme "enclume" et l'organe vibrant par le terme "sonotrode" conformément à la terminologie en vigueur dans le domaine des appareils à ultra-sons. Dans le procédé selon l'invention sous l'effet de l'énergie vibratoire transmise par la sonotrode, le polymère constituant la pellicule s'échauffe localerent aux points de contact avec les pointes perforantes où se produit un pincement bref de la pellicule entre deux surfaces dont l'une ne vibre pas. La perforation de la pellicule résulte à la fois de son échauffement et de l'action mécanique des pointes qui sont forcées à traver 1Q pellicule sous l'action des vibrations et d'une force d'appui exercée sur l'un des deux organes.
L'appareil utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est essentiellerent constitué par une sonotrode reliée de façon connue à une source de vibrations ultrasoniques et par une enclume, l'un de ces deux organes étant pourvu de pointes assurant la perforation de la pellicule thermoplastique.
L'agencerent de la sonotrode et de l'enclume peut revêtir diverses formes. ainsi, on peut faire appel à un dispositif dans lequel l'enclume est constituée par une surface plane et fixe ; les pointes sont disposées soit sur l'enclume, soit sur la sonotrode. Dans un tel système, la perforation de la pellicule est réalisée en discontinu par l'intervention d'une ou plusieurs sonotrodes. Plus avantageusement, on met en oeuvre un dispositif comportant une enclume constituée par un cylindre en métal tournant autour de son axe longitudinal et par une sonotrode en contact permanent avec le film à perforer qui est à son tour en appui sur ledit cylindre pendant la perforation. Les pointes peuvent être portées indifféremment par la sonotrode ou l'enclume.
Lorsque la sonotrode porte des pointes, il est préférable qu'ellé soit de forme cylindrique et animée d'un mouvement de rotation afin d'éviter tout arrachement du film. De préférence, les éléments de perforation sont portés par l'enclume. Un tel système est particulièrement avantageux par ce qu'il permet d'assurer la perforation continue d'un film défilant entre les deux organes depuis un rouleau d'alimentation jusqu'à un rouleau récepteur. L'invention sera décrite plus précisément ci-eprès par référence à cette dernière forme de réalisation et à la figure qui l'illustre à titre non limitatif.
La figure jointe représente schématiquement un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et qui comprend une sonotrode fonctionnant en desi-longueur d'onde et une enclume cylindrique pourvue de pointes.
L'appareillage schématisé par la figure comporte une sonotrode (i) reliée par l'intermédiaire d'un amplificateur de vibration (2) à un générateur d'ultrasons (3) et une enclume (4) cylindrique entrainée par un moteur non représenté dont la vitesse est asservie å la vitesse de défilement d'un film (5). Ce dernier est délivre par une bobine d'alimentation (6) sous l'action d'une bobine réceptrice (7) entraînée par un moto-variateur non représenté, relié à uI: arbre d'entraînement (8). Avant son passage dans le dispositif de microperforation, le film thermoplastique (5) rencontre successivement un rouleau de renvoi (9) et un rouleau tendeur (l0) permettant d'éviter la formation de plis puis un rouleau tendeur (10') et un second rouleau de renvoi (9') ou sortir de l'enclume.
Le tambour est constitué par un cylindre métallique tournant autour de son axe longitudinal et pourvu d'une pluralité de moyens de perforation répartis régulièrement circulairerent et radialement. Le diamètre et la longueur du rouleau ne sont pas critiques. Il est toutefois préférable pour éviter toute entrée en vibration du cylindre que son diamètre soit choisi pour lui assurer une rigidité suffisante compte tenu de la fréquence de la sonotrode. Ainsi, pour une fréquence de 20 KHz, le diamètre de l'enclume est de préférence supérieur à environ 120 mm et pour une fréquence de 30 KHz à environ 80 mm. La longueur du cylindre peut être aussi faible qu'environ 5 cm et ne présente pas de valeur supérieure critique. En général, cette longueur dépend de la largeur du film & perforer.Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on peut faire appel à tout type de tambour muni de moyens de perforation de l'état antérieur de la technique (cf.
notamment brevets français nO 2.460.776, 2.378.623 et 2.360.400). Le cas échéant, on peut remplacer un cylindre par une pluralité de cylindres de longueur inférieure, solidaires ou non du même moyen d'entraînement. Le ou les moyens d'entraînement de l'enclume (ou des enclumes) sont en général asservis au défilement linéaire du film à perforer par tout système approprié. Par moyen de perforation, on désigne au sens de la présente invention des pointes de formes et de dimensions variées. Il peut s'agir de pointes de section cylindrique, terminées par une pointe conique, de pointes coniques : de troncs de cones ; de pointes pyramidales de section triangulaire à côtés plats ou concaves telles que celles décrites dans le brevet français nO 2.360.400 ou de pointes pyramidales à section carrée ; de troncs de pyramide. Les dimensions des pointes dépendent dans une large mesure de la fréquence de vibration de la sonotrode. Ces dimensions sont calculées pour éviter leur entrée en vibration et leur casse.
Le nombre de pointes par unité de longueur sur chaque genératrice de l'enclume cylindrique, dépend de la densité des perforations (nombre de perforations par unité de surface) désirées pour le film thermoplastique et du diamètre des pointes. Les pointes peuvent occuper la totalité de la surface du cylindre ou seulement certaines zones par exemple, le cylindre peut comporter sur toute sa circonférence 2 ou plus de 2 bandes de largeur identique ou non séparées par des bandes dépourvues d'éléments de perforation.
L'enclume et ses moyens de perforation sont réalisés dans un métal suffisamment résistant à l'usure.
La vitesse de rotation de l'enclume dépend de la vitesse de défilement linéaire du film qui peut être comprise entre 5 m/mn et 200 m/mn
La sonotrode qui provoque le réchauffement local de la pellicule lors de son contact avec une pointe de l'enclume et sa perforation peut être du type de celles mise en oeuvre dans le domaine de la soudure par ultrasons et vibrant en demi longueur d'onde sous l'effet d'un émetteur d'ultrasons convenable (par exemple électrostrictif, magnétostrictif, piezo-sagnétique ou piezo-électrique).
Il s'agit en général d'un système piezo-électrique.
Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on peut, selon la largeur de pellicule à perforer, faire appel å une ou plusieurs sonotrodes. Dans ce dernier cas, les sonotrodes sont disposées parallèlement les unes à côté des autres, le long de l'axe longitudinal de l'enclume ; un tel dispositif permet de faire varier à volonté la surface de pellicule soumise à la perforation. Il se révèle tout particulièrement avantageux pour éviter la perforation de zones prédéterminées de la surface pelliculaire. Il suffit pour cela d'interrompre le fonctionnement d'une ou plusieurs des sonotrodes par tout moyen appproprié.
On peut encore, sans sortir du cadre de la présente invention, faire appel a des sonotrodes composées, constituées par un bloc porteur accordé en desi-longueur d'onde, à la fréquence d'un émetteur ultrasonique et par une pluralité de sonotrodes (ou concentrateurs) taillées en demi-longueur d'onde à la même fréquence que le bloc porteur, fixées à ce dernier par des moyens de fixation variés.On peut en particulier faire appel & des sonotrodes composées du type de celles décrites dans le brevet français nO 83.02915 publié sous le nO 2.541.159. Le recours à de telles sonotrodes permet de perforer de grandes largeurs de films tout en limitant le nombre des émetteurs ultrasoniques mis en oeuvre.
Bien que la géonetrie de la sonotrode (ou du concentrateur dans le cas des sonotrodes composées te soit pas critique pour la ilse en oeuvre du procédé selon L'inventive et que l'on puisse faire appel à des sonotrodes à section circulaire carrée ou rectangulaire, il est préférable d'utiliser des sonotrodes en forme de lame. Dans ce cas, la largeur de la lame peut être relativement faible puisque la zone de contact entre la sonotrode et l'enclume est réduite à une rangée de pointes disposées le long d'une génératice du cylindre.Dans ces conditions, la largeur de la sonotrode peut être d'au moins environ 1 mm. En pratique, la largeur maximale et la longueur maximale de la sonotrode dépendent essentiellement des conditions de fonctionnement et, en particulier, de la fréquence ainsi que de l'amplitude que l'on désire donner aux vibrations. On sait, en effet, que pour une fréquence donnée, des fréquences parasites viennent perturber le fonctionnement du dispositif ultrasonique avec une intensité qui dépend des dimensions de la sonotrode ; ainsi, il est difficile de faire appel à des sonotrodes lames de plus de 200 min de longueur.Pour une fréquence de 20 KHz et de plus de 150 mm pour une fréquence de 30 Kgz. Coapte-tenu de ces facteurs, la largeur de la sonotrode (ou d'un élément concentrateur) peut être comprise entre 5 et 20 as environ et sa longueur entre 50 et 200 mm environ.
On peut, sxns sortir du cadre de la présente invention, faire appel à un dispositif comportant une enclume dépourvue de pointe et à une sonotrode portant des pointes telles que celles décrites ci-avant.
En pareil cas, l'enclume peut être constituée par un cylindre tournant venant en contact tangentiel avec la pellicule thermoplastique lors du défilement de cette dernière au cours du processus de perforation. La sonotrode à pointes qui est alors cylindrique et rotative, peut revêtir diverses forees de réalisations.
Selon une autre variante, l'enclume peut présenter une surface plane et la sonotrode peut être du type laie pourvue d'une pluralité de rangées de pointes. Dans ce dernier cas, la perforation est réalisée pas à pas en discontinu,
L'amplitude des vibrations conférées à la sonotrode dépend de l'épaisseur du matériau pelliculaire à perforer. Le procédé selon l'invention convient à la perforation de pellicules ou filas thermoplastiques d'épaisseur comprise entre 5 p et 300 iii . Il est tout particulièrement bien adapté à la perforation partielle de matériaux pelliculaires complexes. En effet, en pareil cas, il peut s'avérer avantageux de provoquer la perforation sélective d'une ou de plusieurs couches d'un fila complexe et de préserver I'intégrité d'une ou plusieurs des autres couches.Un tel objectif peut être aisément atteint en réglant l'amplitude des vibrations de la sonotrode ainsi que la force d'appui en fonction de l'épaisseur de la (ou des) couche(s) A perforer.
D'une manière générale, l'amplitude des vibrations peut être comprise entre 20 pa et 40 m et de préférence entre 30 pm et 38 ps de crete à crête.
La fréquence des vibrations transmises à la sonotrode est comprise dans les limites des fréquences industrielles d'utilisation des ultra-sons. Plus particulièrement, elle est comprise dans un intervalle de 15 à 80 KHZ.
Le maintien de la sonotrode en appui contre 1 'enclume est réalisé par l'intermédiaire de tout moyen communiquant à l'un quelconque des composants du système la force d'appui nécessaire. De préférence, cette force d'appui est communiquée à la sonotrode. Comme exemples non limitatifs de moyens d'appui, on peut citer la mise en place de poids sur la sonotrode, l'utilisation d'un vérin pneumatique...
L'intensité de la force d'appui dépend du taux de perforation désiré. En effet, dans le cas où les pointes équipant le tambour ou la sonotrode sont de forme conique ou pyramidale, la dimension des trous dépend de la force d'appui, pour une fréquence et une amplitude de vibration données et une vitesse de défilement déterminée. Le choix de la force d'appui peut être aisément réalisé au moyen d'essais simples en fonction de autres paramètres du procédé et du taux de perforation désiré.
On constate, à la lecture de ce qui précède, que le procédé selon l'invention est d'une grande souplesse de mise en oeuvre puisque le taux de perforation peut être réglé à volonté en jouant sur trois paramètres : la vitesse de défilement du matériau pelliculaire; l'amplitude de vibrations de la sonotrode et la force d'appui exercée sur l'un ou l'autre des outils (sonotrode ou enclume).
Le matériau pelliculaire à perforer défile à partir d'un rouleau d'alimentation et s'enroule après perforation sur un rouleau d'embobinage solidaire de l'axe d'un système de mise en rotation approprié.
Le procédé selon l'invention peut être appliqué à tout matériau pelliculaire souple thermoplastique. On peut citer à titre non limitatif les films en esters cellulosiques (acétate, propionate, butyrate, acéto-butyrate de cellulose), éthers cellulosiques ; polyamides (polyadipate d'examéthylènediamine polycaprolactarae) polyesters (polytéréphtalate d'éthylèneglycol polynaphtalènedicarboxylate de déthyléneglycol ; copolyesters dérivés de l'acide téréphtalique et d'un ou plusieurs autres diacides aliphatiques et/ou aromatiques) ; acétal polyvinylique ; l'acool polyvinylique ; esters de polyvinyle (acétate de polyvinyle) ; polychlorure de vinyle ; polychlorure de vinylidène ; copolyméres des halogènures de vinyle ou de vinylidéne ; polyoléfines (polyéthylène ; polypropylène) ; polycarbonates ; polystyrène.
Ces films peuvent être microperforés seuls ou en combinaisons entre eux ou avec des matériaux non thermoplastiques tels que, par exemple, le carton, le papier ou le papier kraft.
Ainsi, le procédé selon 1'invenLion convient tout particu lièrement bien à la microperforation de films complexes obtenue par laminage ou extrusion couchage de plusieurs films due polymères différents. On peut, par exemple, procéder à la microperforation sélective d'un des composants d'un complexe film de polytéréphtalate d'éthylèneglycol (PET) film de polyéthylène; film PET/polychlorure de vinylidène; film PET/film d'alcool polyvinylique ; film PET/papier kraft.En pareil cas, il suffit d'adapter l'amplitude des vibrations de la sonotrode et la force d'appui à l'épaisseur de la couche à perforer et de mettre celle-ci en contact avec celui des deux outils (sonotrode ou enclume) qui porte les moyens de perforation. Ainsi, dans le cas d'un complexe PET/polyéthylène, il est possible en choisissant convenablement l'épaisseur de la couche de polyéthylène, la charge d'appui et l'amplitude des vibrations de la sonotrode, de microperforer la couche de PET pour en améliorer la perméabilité à l'air sans modifier l'excellente imperméabilité â la vapeur d'eau du polyéthylène.
Les matériaux pelliculaires Ficroperfores obtenus par le procédé selon l'invention trouvent de nombreuses applications, par exemple pour l'emballage de denrées alimentaires donnant lieu à des échanges gazeux, ou comme écrans thermiques réfléchissants, perméables à la vapeur d'eau dans les serres utilisées en agriculture.
Les exemples suivants donnés à titre non limitatif illustrent l'invention et montrent comment elle peut être mise en pratique.
Pour la réalisation de ces exemples, on a fait appel à un appareil tel que celui illustré schématiquement par la figure. Il comporte une enclume rotative pourvue d'éléments de perforation et un système générateur d'ultrasons commercialisé par la société MECASONIC.
L'enclume est constituée par un cylindre en acier trempé de 150 su de longueur présentant une série de 8 plages moletées de 10 mm de largeur séparée par des plages non moletées de même largeur. Le diamètre du cylindre est de 90 mm dans les zones moletées et de 86 mm dans les zones non moletées. Chaque plage moletée comporte des éléments de perforation en forme de tronc de pyramide de base carrée de 2 x 2 ai de côté et de 1,2 ai de hauteur ; le sommet de chaque élément est un carré de 0,2 ai de côté.Ces éléments sont répartis suivant tn moletage croisé à 45 suivant un pas de 2 mm. L'enclume est entraînée par un moto-variateur pouvant lui assurer une vitesse de défilement linéaire de 5 à 150 m/mn.
Le système générateur de vibration d'ultrasons comprend une sonotrode du type lame reliée par l'intermédiaire d'un amplificateur mécanique à une source piezo-électrique de vibrations ultrasoniques. La sonotrode en titane du type lame présente une surface utile en carbure de tungstène de 8 mm de largeur et de 150 mm de longueur. La source émet des vibrations sous une fréquence de 20 KHz. L'amplitude des vibrations de la sonotrode est de 38 m crête à crête. Le poids de la tête ultrasonique est de 10,5 kg ; elle peut être chargée par des poids iis en place sur une tige métallique. Dans les exemples ci-après, on a fait varier la charge de la tête entre 7,5 et 15 kg.
On a procédé & la mesure des perméabilités à l'air, à l'oxygène et à la vapeur d'eau selon les tests suivants
1. Perméabilité à l'air
On dispose un échantillon de film de surface déterminée dans une cellule cylindrique de mesure équipée d'un verre fritté, d'une tubulure d'arrivée d'air et d'une tubulure de départ d'air reliée à un débitmètre. L'échantillon circulaire est mis en place sur le verre fritté et un joint torique est mis en place sur l'échantillon pour assurer l'étanchéité de la cellule après fermeture. La surface utile de l'échantillon est de 12,6 cm2. On applique ensuite une pression déterminée d'air sur l'échantillon et on mesure le débit d'air passant à travers le film. La perméabilité est exprimée en litres d'air par heure, par m2 de film ramené à une pression de 1 bar (l/h/m2/bar).
2. Perméabilité à l'oxygène
Elle est déterminée suivant la norme ASTM D 39 8581 et exprimée en cm3/m2/24 h/bar.
3. Perméabilité à la vapeur d'eau
Elle est déterminée suivant la norme ASTM E 96 et exprimée en g/m2/24 h.
EXEMPLE 1
A l'aide de l'appareil décrit ci-avant, on procede à la microperforation d'un film complexe vendu sous la marque commeciale
TERTHENE par la société RHONE-POULENC-FILM et constitué par une couche d'un film de polytéréphtalate d'éthylèneglycol (PET) biétiré de 12 m d'épaisseur enduit de PVDC à raison de 4 g/m de matière sèche et par une couche d'un film polyéthylène (PE) de 50 iì d'épaisseur ; avant microperforation ce composite est totalement imperméable à l'air et il présente une perméabilité à l'oxygène (PO2) de 3 à 4 cm /m/24 h et une perméabilité à la vapeur d'eau (PVE) de 3 à 4g/m/24 h.
Le film composite est microperforé sans charge additionnelle de la tête d'ultra-sons, c'est-à-dire en utilisant comme force d'appui le poids de la tête, en mettant en contact la face PET avec la sonotrode puis, sur un nouvel échantillon de film composite, la face PE en contact avec la sonotrode. Dans les deux cas, la perméabilité à l'air a été portée à 20 000 l/h/n2/bar, ce qui montre que dans les conditions choisies, le film a été totalement perforé. Les PVO2 et PVE sont trop importantes pour être mesurées. Le composite nicroperforé peut être utilisé par exemple pour l'emballage de courte durée de produits alimentaires frais.
EXEMPLE 2
On opère comme à l'exemple 1 mais en remplaçant le film composite par un composite constitué par une couche de PET de 6 m portant sur chacune de ses faces une couche de polyéthylène de 20 m. Ce film complexe est imperméable à l'air et présente une PO2 de 220 cm /m/24 h/bar et une PVE de 4/5 g/cm/24 h. Après nicroperforation, la perméabilité à l'air (PA) s'élève à 50 000 l/m2/h/bar. Les P02 et PVE du film microperforé sont trop importantes pour être mesurées.
EXEMPLE 3
On opère dans les conditions de l'exemple 1 avec un film composite PET métallisé de 12 m/PE de 38 m. Quelle que soit la face en contact avec l'enclume, la PA s'élève après perforation à 50 000 l/h/m/bar (avant microperforation, le composite était inperméable à l'air et présentait une PO2 de 1 cm /m/24 h/bar et une
PVE de 1 g/m/24 h. Après microperforation, la PO2 et la PVE sont trop élevées pour être mesurées.
EXEMPLE 4
On soumet à la microperforation dans les conditions de l'exenple 1 un film composite constitué par un film PET de 12 pi et un film PE de 100 m, d'abord en mettant la face PET en contact avec la sonotrode puis la face PE. La PO2 du composite est de 120 cm /n/24 h/bar, c'est-à-dire celle d'un film PET de 12 m seul et la PVE de 1-2 g/m/24 h c'est-à-dire celle du film PE de 100 m seul.
Après microperforation, on a obtenu les résultats suivants
a) face PET en contact avec la sonotrode
- PA : non mesurable (aucun débit d'air)
-PO2 : 120 cm /m/24 h/bar
- PVE : 1,3 g/m/24 h
Ces résultats montrent que dans les conditions utilisées, la couche PE n'a pas été perforée de sorte que l'intégrité de la couche PET a été conservée.
b) face PE en contact avec la sonotrode
- PA : aucun débit d'air
- PO2 : 300 cm /m/24 h/bar
- PVE : 1,8 g/m/24 h
Dans les conditions utilisées, seule la couche PET a été microperforée. La PVE est celle du film PE 100 m et la PO2 est intermédiaire entre celle du film PET seul et celle du film PE 100 m seul (600-700 cm3/h/m2/bar).
Le procédé selon l'invention a donc permis, par une microperforation sélective de la couche PET de modifier les propriétés du composite.
EXEMPLE 5
On a soumis à la microperforation dans les conditions de l'exemple 1 un film complexe constitué d'une couche de carton de grammage 330 g/m et d'un film PET de 12 m, la couche PET étant en contact avec la sonotrode. La PA du film microperforé a été portée à 1 500 l/h/m/ba ce qui traduit une faible microperforation du film PET.
EXEMPLE 6
On a soumis à la microperforation dans les conditions de l'exemple 1 un film complexe constitué d'une couche de carton de grammage 330 g/m et d'un film PET métallisé de 12 m, la couche PET étant en contact avec la sonotrode. La PA du film microperforé a été portée à 500 î/h/in/bar ce qui traduit une faible microperforation du film PET métallisé.
EXEMPLE 7
On a opéré comme à l'exemple 4 mais en faisant intervenir une charge de 7,5 kg sur la tête ultrasonique. Quelle que soit la face en contact avec la sonotrode, la PA atteint 100 000 l/h/m/bar et la PVE 630 g/m/24 h, ce qui traduit une microperforation des deux couches.
EXEMPLE 8
Après avoir mis en place une charge de 15 kg sur la tête ultrasonique, on procède à la uicroperforation d'un composite constitué
a) par une couche de carton de grainage 330 g/n
b). par un film composite conportant
b1) une couche de PET métallisé de 12 m
b2) une couche de polypropylène (PP) de 50 m la face métal étant contiguë du carton.
On a obtenu les résultats suivants
a) carton en contact avec la sonotrode
- PA : 100 000 l/h/m/bar
- PO2 et PVE : trop élevées pour etre mesurées.
Ces résultats montrent que la couche composite b2) a été totalenent perforée.
b) couche PP en contact avec la sonotrode
On a obtenu les résultats suivants
- PA : non mesurable (pas de débit d'air)
- PVE : 4 g/m/24 h (c'est-à-dire celle du film PP seul)
- PO2 : 420 cm /h/m/bar.
Dans ce cas, il n'y a pas eu perforation d'une des couches de b2) à travers le carton.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1 - Procédé de iicroperforation de pellicules therioplastiques selon lequel on soumet lesdites pellicules portées au voisinage de leur point de fusion à l'action perforante d'un outil portant une pluralité de pointes, caractérisé en ce que lesdites pellicules sont pincées entre deux organes dont l'un, la sonotrode, est en vibration ultrasonique, l'un de ces organes portant une pluralité de pointes perforantes.
  2. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les pointes perforantes sont portées par l'enclume.
  3. 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que l'enclume est cylindrique.
  4. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1à 3 caractérisé en ce que la sonotrode est du type à laie.
  5. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les éléments de perforations sont répartis sur l'ensemble de la surface de l'enclume.
  6. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'enclume comporte une pluralité de zones pourvues d'élénents de perforation séparées par des sones dépourvues desdits éléments.
  7. 7 - Procédé selon 1 'une quelconque des revendications i à 6 caractérisé en ce que le dispositif comporte une pluralité de sonotrodes disposées de façon à couvrir toute la largeur du film, lesdites sonotrodes pouvant fonctionner simultanément ou non.
  8. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 caractérisé en ce que la vitesse de rotation de l'enclume est asservie à la vitesse de défilement de la pellicule.
  9. 9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications i a 8 caractérisé en ce que les élé > ents de perforations sont des pointes prises dans le groupe foré par les cônes, les troncs de cônes, les pyramides à base triangulaire ou carrée ou les troncs de pyramides.
  10. 10 - Procédé selon 1 'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que le dispositif lis en oeuvre comporte un moyen d'appui de la sonotrode contre l'enclume.
  11. 11 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que la pellicule soumise à la perforation comporte 2 ou plus couches de. matériaux différents dont l'une au moins est thermoplastique.
  12. 12 - Procédé selon la revendication il caractérisé en ce que l'on réalise la nicroperforation sélective d'une partie des couches.
  13. 13 - Procédé selon 1 'une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que la pellicule therioplastique est prise dans le groupe des films de polyesters, de polyamides, de polyolefines, d'esters et d'éthers cellulosiques, de polyhalogénures de vinyle, d'esters de polyvinyle, d'alcool polyvinylique, d'acétals polyvinyliques, de polystyrène, de polyhalogénure de vinylidène.
  14. 14 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisé en ce que le matériau soumis à la nicroperforation est un film composite PET/polyethylène.
  15. 15 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisé en ce que le matériau soumis à la microperforation est un film composite carton/PET.
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